- Áp dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử định lượng mangan tổng trong mẫu chè khô.
- Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ưu để xây dựng phương pháp định lượng mangan tổng chiết, mangan ở dạng liên kết flavonoit, mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
2.1.2. Nguyên tắc của phƣơng pháp xác định Mn bằng phƣơng pháp FAAS.
2.1.2.1. Xác định Mn tổng trong mẫu chè khô bằng phương pháp FAAS.
Quá trình này thực hiện qua các bước sau
- Vô cơ hóa mẫu để chuyển mẫu dạng dung dịch đồng thể bằng cách sử dụng hỗn hợp các axit đặc
- Dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi dung dịch mẫu phân tích, đám hơi ( khí) của mẫu
- Nguyên tử hóa đám hơi, Môi trường của nguyên tử tự do - Chiếu chùm vào đám hơi nguyên tử tự do sinh phổ AAS - Thu phổ AAS, phân giải, chọn một =279,5 nm để đo độ hấp thụ.
2.1.2.2. Xác định dạng Mn trong mẫu nước chè bằng phương pháp FAAS
Trước hết, ta dùng phương pháp chiết điểm mù để đưa Mn trong nước chè về các dạng: mangan tổng số, mangan tự do trong nước và mangan dạng phức yếu, mangan ở dạng liên kết flavonoit. Sau đó dùng phương pháp FAAS để xác định các dạng Mn theo nguyên tắc như 2.1.2.1.
32
Phƣơng pháp chiết điểm mù:
Chiết điểm mù là quá trình tách chất dựa trên sự tách pha trong dung dịch nước có chất hoạt động bề mặt.
Khi đun nóng dung dịch của một chất cần phân tích trong đó có chất hoạt động bề mặt (cả loại không ion và lưỡng tính) thì khi đến một nhiệt độ nhất định (nhiệt độ điểm mù - the cloud point temperature), mixen của các chất hoạt động bề mặt loại không ion hay lưỡng tính bị tách nước (dehydrated) và kết tụ, sau khi hai pha được hình thành, chúng được tách khỏi nhau bằng phương pháp ly tâm, thu được một pha giàu chất hoạt động bề mặt chứa chất phân tích và dung môi.
Quá trình chiết điểm mù thường được tiến hành qua 3 giai đoạn:
Hình 2.1. Sơ đồ chiết điểm mù
Giai đoạn 1: Lấy thể tích dung dịch mẫu chứa chất phân tích xác định cho tạo phức với phối tử hữu cơ. Sau đó cho một lượng chất hoạt động bề mặt Triton X-100 vào dung dịch trên. Nồng độ cuối cùng của Triton X-100 phải vượt quá nồng độ mixen tới hạn (CMC) của nó để đảm bảo hình thành các tập hợp mixen. Tiếp theo cho dung dịch đệm ammoniac với pH xác định.
Giai đoạn 2: Đem dung dịch đã chuẩn bị ở trên đặt vào bếp cách thủy, đun nóng ở một nhiệt độ và thời gian thích hợp. Hai pha được tách khỏi nhau bằng ly tâm với tốc độ cao từ 10-15 phút.
Giai đoạn 3: Tách phần chất kết tủa lắng xuống đáy ống nghiệm ly tâm và đem ngâm vào hỗn hợp nước đá trong thời gian 15 phút. Sau đó hòa tan phần kết tủa bằng dung dịch HNO3 trong methanol. Dung dịch sau khi hòa tan đem đi xác định hàm lượng các dạng mangan bằng phương pháp F-AAS.
33
8-hydroxyquinoline [4]
- Công thức phân tử: C9H7NO - KLPT = 145,16
- Danh pháp: 8–Quinolinol, oxine.
- Nguồn gốc và phương pháp tổng hợp: Có thể tìm thấy trong công nghiệp. Thu được từ sự sunful hóa quinoline, và bằng phản ứng kiềm nóng chảy
- Những tính chất của thuốc thử:
Là tinh thể không màu hoặc kết tinh ở dạng bột trong suốt, điểm nóng chảy từ 74 đến 76o
C, điểm bay hơi khoảng 267oC, thăng hoa trên 310 (2.10-2 Torr); hầu như không tan trong nước; dễ dàng tan trong những dung môi hữu cơ như etanol, metanol, aceton và nhiều dung môi khác, tan nhiều trong acid như acetic acid hoặc những acid vô cơ. Sự hoà tan trong dung môi khan thì không màu, nhưng sẽ có màu vàng trong môi trường ẩm. 8–hydroxyquinoline thì ổn định ở thể rắn cũng giống như ở trạng thái dung dịch, nhưng nên bảo quản chỗ tối.
- Những phản ứng tạo phức và những tính chất của phức:
8–hydroxyquinoline thuộc nhóm phenolic là acid yếu, nó phản ứng với ít nhất 43 kim loại, mức độ phản ứng tạo phức với ion kim loại phụ thuộc nhiều vào khoảng pH của môi trường phản ứng. Phức của 8–hydroxyquinoline được hình thành trong khoảng pH rộng ( pH từ 2 đến gần 14), nhưng pH tối ưu của phản ứng hình thành phức phụ thuộc mạnh vào cường độ ion, nhiệt độ, loại kim loại.
Khả năng chiết cũng phụ thuộc vào khoảng nồng độ của 8–hydroxyquinoline trong pha hữu cơ, sự chiết thường nhanh hơn tại nồng độ 8–hydroxyquinoline cao. Mặc dù khả năng hấp thu của chúng thì không được cao, nhưng 8-hydroxyquinoline tạo thành các phức vòng càng (càng cua) với rất nhiều ion kim loại, thường là các muối nội phức với vòng có 5 đỉnh; vì vậy 8–hydroxyquinoline được xem như một
34
thuốc thử hữu cơ thông thường nhất cho việc phân tích kim loại. Khả năng chọn lọc có thể được cải thiện dựa vào việc chọn pH thích hợp và việc che những tác nhân trong giai đoạn chiết.
Phản ứng tạo phức với Mn2+
Với M là mangan
- Ứng dụng trong phân tích:
Như là một thuốc thử để tách chiết, chiết trắc quang, và là chất tạo tủa cho nhiều ion kim loại, ngoại trừ các cation hoá trị một. Độ chọn lọc có thể được cải thiện bằng cách chọn giá trị pH thích hợp và dùng những tác nhân che.
Triton X-100 ( polyethylene glycol tert-octylphenylether)
- CTPT: C14H22O(C2H4O)n với n = 9-10
- Khối lượng phân tử: 647 g/mol - Khối lượng riêng: 1,07g/cm3 - Nhiệt độ điểm mù (CP): 65oC - Tính chất:
+ Tan được trong nước
+ Có thể trộn lẫn với các dung môi hữu cơ phân cực và các hydrocacbon thơm.
2.1.3. Nội dung nghiên cứu:
35
trong nước và mangan dạng phức yếu, mangan ở dạng liên kết flavonoit trong chè. - Nghiên cứu các điều kiện để đo phổ hấp thụ nguyên tử của mangan.
+ Chọn vạch đo
+ Chọn khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử + Khảo sát cường độ đèn catot rỗng
+ Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu + Khảo sát lưu lượng khí axetilen
- Nghiên cứu, khảo sát các điều kiện chiết điểm mù để xác định các dạng mangan trong mẫu nước chè bao gồm:
+ Khảo sát ảnh hưởng của pH
+ Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử 8-hydroxyquinoline + Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt Triton X-100 + Khảo sát nhiệt độ và thời gian ủ.
+ Khảo sát ảnh hưởng của lực ion
+ Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ly tâm
- Xây dựng đường chuẩn xác định các dạng mangan trong nước chè - Xác định giới hạn phát hiện của phương pháp.
- Phân tích, định lượng các dạng mangan trong mẫu nước chè Thái Nguyên theo phương pháp xây dựng được.
- Đánh giá phương pháp bao gồm: Độ lặp lại, hiệu suất thu hồi.
2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 2.2.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 2.2.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-3300 của hang Perkin Elmer
- Cân phân tích chính xác đến 10-5g của hãng Satorious - Máy ly tâm Kobuta tốc độ 12000 vòng/phút
- Máy đo pH
- Bình định mức thủy tinh loại A, dung tích 10ml, 25ml, 50ml, 100ml, 250ml; 250ml
36
- Các loại pipet vạch, pipet bầu thể tích 0.5 ml, 1ml, 2ml, 5ml, 10ml; - Phễu, Cốc, bình tam giác, đũa thủy tinh
2.2.2. Hóa chất và nguyên liệu
Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nước cất, hóa chất phải có độ tinh khiết cao, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã dùng các hóa chất và nguyên liệu:
- Mẫu chè Thái Nguyên - Triton X-100 ( Fluka) - 8-hydroxyquinoline
- Mangan sulphat MnSO4.H2O, (PA, Merk) - Axit nitric HNO3 65%, (PA, Merk)
- Axit clohydric HCl 37%, (PA, Merk) - Axit pecloric HClO4. (PA, Merk) - Natri clorua NaCl, (PA, Merk) - Đệm ammoniac
- Metanol MeOH, (PA, Merk) - Nước cất
Do Mn trong chè có hàm lượng vết nên để tránh tối đa sự nhiễm bẩn, tất cả các dụng cụ sử dụng để phân tích đều được ngâm bằng HNO3 10% trong 24h và rửa lại bằng nước cất hai lần.
2.2.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn
- HNO3 0.1M: Hút 1,62ml HNO3 đặc vào bình định mức 250ml, định mức đến vạch bằng nước cất.
- 8-hydroxyquinoline 5.10-3M: Cân 0,0725g 8-hydroxyquinoline hòa tan trong bình định mức 100ml, định mức đến vạch bằng nước cất.
- Triton X-100 4%: Hút 4ml Triton X-100 vào bình định mức 100ml, định mức bằng nước cất đến vạch.
- NaCl 5%: Cân 5g NaCl vào bình định mức 100ml, định mức đến vạch bằng nước cất.
37 - Đệm ammoniac với pH=10
- Các dạng mangan có nồng độ từ 0,5 đến 5 ppm được pha từ dung dịch chuẩn gốc có nồng độ 1000ppm.
2.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Các mẫu chè xanh được lấy tại 10 khu vực thuộc 3 huyện trong tỉnh thái nguyên. Các mẫu được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN: 5609- 2007 [14]
2.3.1. Mẫu chè khô
Các mẫu chè được lấy thuộc khu vực huyện Đại Từ, huyện Đồng Hỉ và thành phố Thái Nguyên. Lấy lá chè đem làm khô ở 95 oC trong 12h
2.3.2. Mẫu nƣớc chè
Lấy 5g mẫu chè khô cho vào cốc 250ml. Thêm 100ml nước cất nóng vào. Sau đó, đun dung dịch tới sôi. Để nguội 10 phút, lọc dung dịch vào bình định mức 250ml và định mức đến vạch.
2.4. Quy trình phân tích
Tiến hành theo phương pháp đơn biến: Chúng tôi tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn ra điều kiện phù hợp nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của phương pháp).
2.4.1. Quy trình xác định hàm lƣợng Mn tổng số.
Quy trình phân tích Mn tổng số được mô tả theo sơ đồ sau:
Mẫu lá chè đen (500 mg)
4 ml HNO3 (đặc) 1 ml HClO4 (đặc) Đun ở 2000C đến khi gần khô
Mẫu đƣợc vô cơ hóa
Để nguội
Định mức đến 50 ml
Dung dịch
Khử bằng HNO3 0,1M
AAS
38
2.4.2. Quy trình xác định các dạng mangan trong nƣớc chè
2.4.2.1. Xác định Mn tổng chiết trong nước chè bằng chiết điểm mù
Mẫu nƣớc chè (0,5 ml)
8-hydroxyquinoline 5.10-3 M TritonX-100 4%
Đệm pH=10 và NaCl 5% Định mức tới 10 ml
Mẫu đƣợc đun cách thủy
Ly tâm Làm lạnh
Tách lấy pha nhớt
Pha loãng bằng HNO3 0,1M
AAS
Hình 2.3: Quy trình phân tích hàm lƣợng Mn tổng chiết trong nƣớc chè
2.4.2.2. Xác định mangan ở dạng liên kết flavonoit bằng chiết điểm mù
Mẫu nƣớc chè (3 ml)
TritonX-100 4% NaCl 5%
Định mức tới 10 ml
Mẫu đƣơc đun cách thủy
Ly tâm Làm lạnh
Tách lấy pha nhớt
Pha loãng bằng HNO3 0,1M
AAS
Hình 2.4: Quy trình phân tích hàm lƣợng Mn ở dạng liên kết flavonoit trong nƣớc chè
2.4.2.3. Xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù
Để xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù ta lấy Mn tổng chiết trong nước chè ở 2.4.2.1 trừ đi mangan ở dạng liên kết flavonoit ở 2.4.2.2.
39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của mangan
3.1.1. Chọn vạch đo:
Ở trạng thái hơi, mỗi loại nguyên tử của một nguyên tố hoá học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ. Nhưng thực tế không phải mỗi loại nguyên tử có thể hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt và nhạy chủ yếu đối với các vạch nhạy (vạch đặc trưng). Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả năng hấp thụ càng mạnh thì phép đo vạch đó có độ nhạy càng cao.
Đối với nguyên tố mangan có 4 vạch phổ đặc trưng thường dùng trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là 279,5 nm, 279,8 nm, 280,1 nm và 403,1 nm, trong đó vạch phổ 279,5 nm có độ nhạy và độ ổn định cao nhất và không bị chen lấn bởi các vạch phổ của nguyên tố khác. Do vậy trong nghiên cứu này, vạch phổ 279,5 nm được lựa chọn để phân tích nguyên tố Mn
3.1.2. Khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử
Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích được phát ra từ đèn catot rỗng đi qua môi trường hấp thụ hướng vào khe đo của máy, được trực chuẩn, phân li, cuối cùng chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ vạch phổ. Do vậy, khe đo của máy phải được chọn phù hợp và chính xác với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo và lấy được hết độ rộng của vạch phổ.
Nguyên tố Mn, do có 2 vạch phổ gần nhau là 279,5 nm và 279,8 nm, nhưng độ nhạy của hai vạch phổ này lại khác nhau đến 0,7 lần. Do vậy, phải lựa chọn khe đo phù hợp mà vẫn đảm bảo độ nhạy, độ ổn định của phép đo. Khe đo 0,2 nm được lựa chọn để phân tích nguyên tố Mn với vạch phổ 279,5nm.
3.1.3. Khảo sát cƣờng độ đèn catot rỗng
Đèn catot rỗng (HCL) là nguồn phát bức xạ cộng hưởng, chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng. Đèn HCL làm việc
40
tại một chế độ dòng nhất định sẽ cho chùm phát xạ có cường độ nhất định. Cường độ làm việc của đèn catot rỗng HCL có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch phổ. Dòng điện làm việc đèn của mỗi nguyên tố là khác nhau. Mỗi đèn HCL đều có dòng giới hạn cực đại Imax được ghi trên vỏ đèn. Theo lý thuyết và thực nghiệm phân tích phổ hấp thụ nguyên tử chỉ nên dùng cường độ trong vùng giới hạn từ 60 – 80% Imax. Vì ở điều kiện dòng cực đại Imax thì đèn làm việc không ổn định và nhanh hỏng, khi đó phép đo có độ nhạy và độ lặp lại kém.
Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng của dung dịch chuẩn dung dịch Mn2+ 1ppm trong HNO3 2% để xét xem mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ với cường độ dòng đèn, đồng thời chọn ra cường độ dòng đèn thích hợp nhất. Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) được trình bày trong bảng 3.1
Bảng 3.1. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn đối với Mn
%Imax Lần đo 60%Imax (12mA) 65%Imax (13mA) 70%Imax (14mA) 75%Imax (15mA) 80%Imax (16mA) 1 0,0770 0,0773 0,0775 0,0774 0,0772 2 0,0774 0,0780 0,0776 0,0780 0,0758 3 0,0772 0,0782 0,0784 0,0785 0,0781 TB 0,0772 0,0778 0,0778 0,0780 0,0770 % RSD 0,2591 0,6080 0,6337 0,7064 1,5052
Kết quả khảo sát trên ta thấy độ hấp thụ ổn định nhất khi cường độ dòng đèn của Mn là 12 mA. Do vậy trong nghiên cứu này, cường độ dòng đèn là 12 mA được lựa chọn để phân tích nguyên tố Mn.
3.1.4. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu
Cấu tạo ngọn lửa khí gồm 3 thành phần chính: phần tối, phần trung tâm và phần đuôi ngọn lửa. Trong đó phần trung tâm có nhiệt độ cao nhất và thường không có màu hoặc màu lam rất nhạt. Trong phần này hỗn hợp khí được đốt cháy là tốt nhất, các phản ứng thứ cấp ở mức độ tối thiểu, quá trình hoá hơi, nguyên tử hoá mẫu có hiệu suất cao và ổn định. Trong phép đo F – AAS phải chọn chùm tia
41
bức xạ đi qua phần này bằng cách chỉnh và chọn chiều cao đầu đốt sao cho phù hợp với từng nguyên tố cần xác định.
Tiến hành khảo sát sự hấp thụ của Mn vào chiều cao đầu đốt với dung dịch Mn2+ 1ppm trong HNO3 2%. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.2
Bảng 3.2. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Mn Chiều cao burner (nm) Lần đo 5 6 7 8 1 0,0766 0,0777 0,0770 0,0781